大體積混凝土施工裂縫成因及其防治措施的探討

摘 要：隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)和建筑業(yè)的快速發(fā)展，在建筑結(jié)構(gòu)的施工中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈來愈普及?；炷劣伤?、砂石骨料、水以及添加劑等混合形成的一種非均質(zhì)脆性材料。大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和類型眾多，如果要降低大體積混凝土裂縫發(fā)生的頻率，需要從大體積混凝土裂縫的成因入手，從而提出有效的防治措施，這對于有效地降低和控制裂縫的產(chǎn)生，提高施工質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的意義。文章在對大體積混凝土施工裂縫的成因詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，并提出了一系列防治措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；成因；防治措施

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)和建筑業(yè)的快速發(fā)展，在建筑結(jié)構(gòu)的施工中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈來愈普及?；炷劣伤?、砂石骨料、水以及添加劑等混合形成的一種非均質(zhì)脆性材料。大體積混凝土在施工中由于表面積大、厚度較厚、一次澆注體積大等特征，極容易在施工過程中出現(xiàn)各種裂縫，嚴(yán)重影響到建筑物的安全使用，甚至和廣大群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全密切相關(guān)。文章對大體積混凝土施工中裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了探討，并提出了一系列防治措施，這對于加強(qiáng)施工質(zhì)量的控制有著極其重要的作用。

1 大體積混凝土施工裂縫形成原因

1.1 荷載裂縫

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和類型眾多，如果要降低大體積混凝土裂縫發(fā)生的頻率，需要首先分析大體積混凝土裂縫的成因。一般來講，導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)荷載裂縫的原因主要有兩個(gè)：第一，直接應(yīng)力裂縫；第二，次應(yīng)力裂縫。

直接應(yīng)力裂縫是由于外部荷載引起的直接應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。在設(shè)計(jì)計(jì)算階段，如果計(jì)算模型的選用不合理，結(jié)構(gòu)受力的假設(shè)不科學(xué)，荷載計(jì)算得不正確，結(jié)構(gòu)剛度的處理不恰當(dāng)，構(gòu)件的設(shè)計(jì)斷面不足；在施工階段，如果設(shè)計(jì)交底不清楚，機(jī)械設(shè)備選用不合理，材料選用不當(dāng)，施工順序不合理；在交付使用階段，如果實(shí)際荷載超出計(jì)算荷載，結(jié)構(gòu)受力模式發(fā)生改變，發(fā)生不可抗力等原因，均可能導(dǎo)致直接應(yīng)力裂縫的產(chǎn)生。

次應(yīng)力裂縫是由于外部荷載引起的次生應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。在混凝土的使用過程中，如果混凝土的實(shí)際工作狀態(tài)與原先的設(shè)計(jì)假設(shè)存在較大的差異，容易使混凝土構(gòu)件的某些部位引起次應(yīng)力從而使混凝土構(gòu)件的開裂。

1.2 溫度裂縫

大體積混凝土在澆筑過程中，由于其表面積較大，同時(shí)澆筑的厚度較厚，會導(dǎo)致大體積混凝土的構(gòu)件內(nèi)部和外部表面的散熱速度存在較大的差異。一般來講，大體積混凝土的外部散熱較快，內(nèi)部散熱較慢，會使得構(gòu)件的內(nèi)部混凝土溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于表面混凝土的溫度，這就使得大體積混凝土內(nèi)部和外部之間存在較大的溫差。由于大體積混凝土在澆筑過程中，先是由于水泥水化熱引起的高溫，繼而是逐漸地降溫，與此同時(shí)，大體積混凝土構(gòu)件隨之發(fā)生熱膨脹和冷收縮，從而在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生由于溫度應(yīng)力不同導(dǎo)致的變形。

1.3 收縮裂縫

大體積混凝土在施工的澆筑過程中，由于體積的收縮會致使大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土在施工過程中收縮幅度和水泥的種類、水泥用量、水量等有著直接的關(guān)系。一般來講，大體積混凝土拌合物中水泥和水的用量越多，可能導(dǎo)致大體積混凝土發(fā)生收縮裂縫的概率越高。在大體積混凝土的施工過程中，拌合物在澆筑的過程中，由于水泥的水化熱，隨著混凝土溫度的降低，大體積混凝土?xí)饾u收縮，在混凝土澆筑結(jié)構(gòu)后的散熱和大體積混凝土收縮的過程中，內(nèi)部會產(chǎn)生不同的收縮應(yīng)力。一旦大體積混凝土內(nèi)部的收縮應(yīng)力大于大體積混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會使大體積混凝土的表面和內(nèi)部出現(xiàn)收縮裂縫。

1.4 鋼筋腐蝕裂縫

如果在大體積混凝土的澆筑過程中，混凝土的質(zhì)量不合格或者混凝土的保護(hù)層的厚度一旦不能滿足結(jié)構(gòu)需要，混凝土的保護(hù)層極容易受到二氧化碳的侵蝕，使鋼筋周邊的混凝土堿性大幅度降低，導(dǎo)致鋼筋表面的氧化膜遭到破壞。與此同時(shí)，鋼筋中的鐵離子即會和入侵到混凝土中的水分和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氧化鐵體積為原來的兩倍甚至更多，這時(shí)鋼筋周邊的大體積混凝土?xí)a(chǎn)生膨脹應(yīng)力，致使大體積混凝土沿著鋼筋表面產(chǎn)生裂縫，和周邊大體積混凝土逐漸剝離。這時(shí)鋼筋和周邊混凝土的握裹力大幅度降低，混凝土構(gòu)件的承載力大幅度下降，加速鋼筋的腐蝕和結(jié)構(gòu)的破壞，并可能誘發(fā)其他裂縫的發(fā)生。

1.5 其他裂縫

大體積混凝土在施工過程中，會受到基礎(chǔ)部分巖土的約束力，這會對大體積混凝土構(gòu)件帶來相應(yīng)的影響，在混凝土構(gòu)件內(nèi)部形成大范圍的拉應(yīng)力區(qū)，致使大體積混凝土形成表面裂縫甚至貫穿裂縫。除此之外，原有混凝土的約束力，施工材料的不合格，施工工藝的不合理等因素，也可能使大體積混凝土強(qiáng)度降低，大幅度降低大體積混凝土的抗裂性能，從而產(chǎn)生裂縫。

2 大體積混凝土施工裂縫的防治措施

通過以上對大體積混凝土裂縫的成因分析，我們應(yīng)選擇合理的大體積混凝土施工裂縫的防治措施，這種事前控制的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于事后控制的效果。一般來講，大體積混凝土施工裂縫的防治措施可從以下幾個(gè)方面著手。

2.1 重視設(shè)計(jì)計(jì)算過程

在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行方案假設(shè)和計(jì)算時(shí)，應(yīng)對建筑物的荷載進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算，充分考慮到各種恒荷載和可能發(fā)生的活荷載，不能漏算或計(jì)算錯(cuò)誤。對混凝土容易開裂的重點(diǎn)部位，如建筑物的深基礎(chǔ)和淺基礎(chǔ)的交接處，建筑物的高跨和低跨的連接處等部位，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)處理，充分考慮由于地基和基礎(chǔ)差異出現(xiàn)的不均勻沉降而導(dǎo)致混凝土的應(yīng)力。同時(shí)在進(jìn)行鋼筋的配置時(shí)，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面允許和配筋率不變的前提下，應(yīng)盡量選擇較小直徑和較小間距的間距，這對預(yù)防開裂特別有利。

2.2 選擇合理的施工方案

合理的施工方案是有效地預(yù)防和控制大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的重要前提。在施工方案的選擇時(shí)，應(yīng)把控好大體積混凝土的一次性澆筑量、施工時(shí)間、振搗時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、施工縫的位置和間距等。對于較長部位的澆筑長度，最好按照垂直施工縫分割，盡量將分割縫設(shè)置在截面變化位置或受拉、受剪、受彎較小的位置。另外，大體積混凝土的澆筑厚度應(yīng)控制好，分層位置應(yīng)盡量設(shè)置在構(gòu)建的變截面處，或混凝土構(gòu)件受壓較小處。在高溫或高寒季節(jié)，應(yīng)采取各種輔助措施，控制好混凝土的入模溫度。

在材料的選用上，應(yīng)盡量選用低熱水泥或收縮量較小的水泥，如粉煤灰水泥或礦渣水泥等；盡量減少水泥的用量，一般應(yīng)控制在450公斤/立方米以下；降低水灰比，最好嚴(yán)格控制在0.6以下；在混凝土中添加一定的添加劑，可以大幅度改善大體積混凝土的流動性和易和性；在大體積混凝土澆筑過程中可以摻入少量的纖維材料或設(shè)置少量鋼筋，可以增強(qiáng)混凝土的抗拉性能。

2.3 嚴(yán)格質(zhì)量控制

在施工過程中，做好施工質(zhì)量的控制可以大大降低裂縫發(fā)生率。在施工項(xiàng)目中，施工單位作為施工質(zhì)量的自控主體，應(yīng)做到從施工作業(yè)人員、施工班組、施工項(xiàng)目部的層層質(zhì)量控制；業(yè)主作為項(xiàng)目管理的主體，應(yīng)對施工質(zhì)量的控制起到相應(yīng)的監(jiān)督和管理作用；監(jiān)理單位作為建筑市場獨(dú)立的第三方，應(yīng)按照業(yè)主的委托和要求對施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)理，一旦發(fā)生質(zhì)量問題，及時(shí)提出整改意見和建議；建設(shè)項(xiàng)目的主管部門應(yīng)當(dāng)對項(xiàng)目的所有利益相關(guān)方，具體包括施工單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位等，同時(shí)進(jìn)行監(jiān)督和管理。

2.4 做好混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)的目的是保證混凝土的正常硬化和強(qiáng)度增長，盡量不受或者少受外界環(huán)境的影響。加強(qiáng)大體積混凝土養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)問題是，盡量使大體積混凝土的溫度緩緩下降至外界的氣溫，避免在降溫過程中出現(xiàn)較大的溫差而產(chǎn)生溫度裂縫。

加強(qiáng)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，應(yīng)盡量推延混凝土的拆模時(shí)間，保證混凝土構(gòu)件拆模前具有足夠的強(qiáng)度。在混凝土澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)采取措施，用濕麻片或草簾覆蓋，在養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)及時(shí)灑水，保證足夠的混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，一般以混凝土強(qiáng)度增長最快的階段為佳，以7-28天為宜。

3 結(jié)束語

實(shí)際上，大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生在施工過程中是普遍存在的。大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和類型眾多，裂縫的產(chǎn)生不僅會降低混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度，同時(shí)能影響構(gòu)件的抗?jié)B性能，甚至導(dǎo)致鋼筋的侵蝕，從而影響整個(gè)建筑物的承載能力。因而，如果要降低大體積混凝土裂縫的發(fā)生頻率，需要對大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，并采取合理有效的防范措施預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，這對于有效地保障施工質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的意義。

綜上所述，通過對大體積混凝土施工裂縫的成因進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的防范措施，可以將大體積混凝土裂縫減少到一定的合理范圍。然而，由于大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因眾多，要完全避免大體積混凝土裂縫的發(fā)生尚有一定的難度，這需要我們作大量的研究和探討。

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作者簡介：張?jiān)仆ǎ?973，1-），男，籍貫：河南省魯山縣，魯山縣興華建筑有限公司工程師，1996年畢業(yè)于河南省投資管理學(xué)校建筑經(jīng)濟(jì)專業(yè)，本科，研究方向：建筑施工。

李晴（1979，10-），男，籍貫：河南省正陽縣，河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司工程師，2012年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，碩士，研究方向：巖土工程。